JP2012245848A

JP2012245848A - 電動パワーステアリング装置

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Publication number: JP2012245848A
Application number: JP2011117947A
Authority: JP
Inventors: Yoji Taniguchi; 洋二谷口
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2011-05-26
Filing date: 2011-05-26
Publication date: 2012-12-13

Abstract

【課題】トルクリップルやラジオノイズを低減できる電動パワーステアリング装置を提供する。
【解決手段】ＥＣＵ１２においてパワー基板１０４とコンデンサ１０８をモータシャフトが挿通する制御基板１０３、バスバー１・１０５およびバスバー２・１０６の挿通孔１０７に対して同心円上に配置し、さらに、電源接続部ＰＩＧ、ＰＧＮＤとパワー基板１０４間を円形形状のバスバー１・１０５およびバスバー２・１０６で接続することにより、Ｕ、Ｖ、Ｗ各相の配線長が異なることにより生じる配線抵抗の差を解消することができる。
【選択図】図４

Description

本発明は、電動パワーステアリング装置に関するものである。

従来、直流電源から供給される直流電圧をＰＷＭインバータにより３相（Ｕ、Ｖ、Ｗ）の駆動電力に変換してブラシレスモータに供給するモータ制御装置がある。
ＰＷＭインバータ（図示せず）は、直列に接続された一対のスイッチング素子（ＭＯＳ−ＦＥＴ等）からなるアームを基本単位として、各相に対応する３つのアームを並列接続することにより構成されている。そして、モータ制御装置は、各アームの高位側のスイッチング素子と低位側のスイッチング素子とを所定のタイミングで交互にオン/オフすることにより、モータに３相の駆動電力を供給する。

ところで、こうしたモータ制御装置では、通常、インバータで発生する電源ノイズを低減するためにインバータの電源供給ラインにコンデンサを設けている。このコンデンサが有効に機能するように、例えば、複数個のコンデンサを並列に接続する回路方式や部品配置、配線方法がとられている。（例えば、特許文献１参照）

特開２００１−２３８４９号公報

しかしながら、上記構成のモータ制御装置では、電源からインバータへの駆動電源供給の配線は、各相アームまでの配線長が相毎に異なり、この配線長の差により配線抵抗の差が生じ、トルクの変動やノイズが発生する場合がある。一般に電動パワーステアリング装置の制御装置においても、リップル吸収用の電解コンデンサからインバータのスイッチング素子への配線抵抗の差によりモータのトルクリップルや制御装置からのラジオノイズが発生する場合がある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、トルクリップルやラジオノイズを低減できる電動パワーステアリング装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、車両のステアリング機構に操舵補助力を与えるモータと、前記モータに駆動電力を出力するモータ駆動手段と、前記モータ駆動手段に電源電圧を供給するバッテリと、を備え、前記モータ駆動手段は、前記モータの軸方向に関して、前記モータの回転軸が挿通するように前記モータと一体に形成されるとともに、入力側に複数個配置されたコンデンサと、前記モータを駆動制御する駆動回路と、前記コンデンサと前記駆動回路を接続する電源供給線と、を備えた電動パワーステアリング装置において、前記駆動回路および前記駆動回路の近傍に配置された前記コンデンサは、挿通する前記モータの回転軸に対して同心円上に前記モータの相毎に分割して配置されるとともに、前記駆動回路の各相の配線抵抗が等しくなるように、前記電源供給線を配設したことを要旨とする。

上記構成によれば、モータ駆動手段の各相の駆動回路とコンデンサをモータの回転軸中心に対して等距離の位置に配置し、バッテリからの駆動電源供給の配線抵抗を等しくするように電源供給線を配置する。これにより、各相の電源供給線の配線長の差による抵抗のばらつきが抑えられ、モータのトルクリップルや制御装置に起因するラジオノイズを低減できる。また、コンデンサは各相駆動回路の近傍に分割して配置されるので、各相等しくリップルを吸収できる

トルクリップルやラジオノイズを低減できる電動パワーステアリング装置を提供できる。

本発明の一実施形態に係る車両用操舵装置としての電動パワーステアリング装置の概略構成を示す模式図。本発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置の制御回路の回路図。本発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置の側面図。図３の電動パワーステアリング装置のモータを除いた制御装置をＡ方向から見た平面図。

以下には、図面を参照して、本発明の実施形態について具体的に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る車両用操舵装置としての電動パワーステアリング装置１の概略構成を示す模式図である。
図１を参照して、電動パワーステアリング装置１は、操舵部材としてのステアリングホイール２と、ステアリングホイール２の回転に連動して転舵輪３を転舵する転舵機構４と、運転者の操舵を補助するための操舵補助機構５とを備えている。ステアリングホイール２と転舵機構４とは、ステアリングシャフト６および中間軸７を介して機械的に連結されている。

本実施の形態では、操舵補助機構５がステアリングシャフト３にアシスト力（操舵補助力）を与える例に則して説明するが、本発明を、操舵補助機構５が後述するピニオン軸にアシスト力を与える構造や、操舵補助機構５が後述するラック軸にアシスト力を与える構造に適用することが可能である。
ステアリングシャフト６は、直線状に延びている。また、ステアリングシャフト６は、ステアリングホイール２に連結された入力軸８と、中間軸７に連結された出力軸９とを含む。入力軸８と出力軸９とは、トーションバー１０を介して同一軸線上で相対回転可能に連結されている。すなわち、ステアリングホイール２に一定値以上の操舵トルクが入力されると、入力軸８および出力軸９は、互いに相対回転しつつ同一方向に回転するようになっている。

ステアリングシャフト６の周囲に配置されたトルクセンサ１１は、入力軸８および出力軸９の相対回転変位量に基づいて、ステアリングホイール２に入力された操舵トルクを検出する。トルクセンサ１１のトルク検出結果は、制御装置としてのＥＣＵ１２（Electronic Control Unit：電子制御ユニット）に入力される。また、車速センサ２３からの車速検出結果がＥＣＵ１２に入力される。中間軸７は、ステアリングシャフト６と転舵機構４とを連結している。

転舵機構４は、ピニオン軸１３と、転舵軸としてのラック軸１４とを含むラックアンドピニオン機構からなる。ラック軸１４の各端部には、タイロッド１５およびナックルアーム（図示せず）を介して転舵輪３が連結されている。
ピニオン軸１３は、中間軸７に連結されている。ピニオン軸１３は、ステアリングホイール２の操舵に連動して回転するようになっている。ピニオン軸１３の先端（図１では下端）には、ピニオン１６が連結されている。

ラック軸１４は、車両の左右方向に沿って直線状に延びている。ラック軸１４の軸方向の途中部には、上記ピニオン１６に噛み合うラック１７が形成されている。このピニオン１６およびラック１７によって、ピニオン軸１３の回転がラック軸１４の軸方向移動に変換される。ラック軸１４を軸方向に移動させることで、転舵輪３を転舵することができる。

ステアリングホイール２が操舵（回転）されると、この回転が、ステアリングシャフト６および中間軸７を介して、ピニオン軸１３に伝達される。そして、ピニオン軸１３の回転は、ピニオン１６およびラック１７によって、ラック軸１４の軸方向移動に変換される。これにより、転舵輪３が転舵される。
操舵補助機構５は、操舵補助用のモータ１８と、モータ１８の出力トルクを転舵機構４に伝達するための伝達機構としての減速機構１９とを含む。減速機構１９としては、例えばウォームギヤ機構などの食い違い軸歯車機構や、平歯車機構およびはすば歯車機構を含む平行軸歯車機構などを用いることができる。本実施形態では、減速機構１９として、ウォームギヤ機構が用いられている。すなわち、減速機構１９は、駆動ギヤ（伝達機構の駆動側部材）としてのウォーム軸２０と、このウォーム軸２０と噛み合う従動ギヤ（伝達機構の従動側部材）としてのウォームホイール２１とを含む。減速機構１９は、伝達ハウジングとしてのギヤハウジング２２内に収容されている。

ウォーム軸２０は、モータ１８によって回転駆動される。また、ウォームホイール２１は、ステアリングシャフト６とは同行回転可能に連結されている。ウォームホイール２１は、ウォーム軸２０によって回転駆動される。
モータ１８がウォーム軸２０を回転駆動すると、ウォーム軸２０によってウォームホイール２１が回転駆動され、ウォームホイール２１およびステアリングシャフト６が同行回転する。そして、ステアリングシャフト６の回転は、中間軸７を介してピニオン軸１３に伝達される。ピニオン軸１３の回転は、ラック軸１４の軸方向移動に変換される。これにより、転舵輪３が転舵される。すなわち、モータ１８によってウォーム軸２０を回転駆動することで、転舵輪３が転舵されるようになっている。

モータ１８は、ＥＣＵ１２によって制御される。ＥＣＵ１２は、トルクセンサ１１からのトルク検出結果、車速センサ２３からの車速検出結果等に基づいてモータ１８を制御する。具体的には、ＥＣＵ１２では、トルクと目標アシスト量との関係を車速毎に記憶したマップを用いて目標アシスト量を決定し、モータ１８の発生するアシスト力を目標アシスト量に近づけるように制御する。

図２は、本発明の実施形態に係る電動パワーステアリング装置１のＥＣＵ１２に含まれる制御回路の回路図である。図２に示す制御回路は、コンデンサ１０８、モータ駆動回路１０１を備える。この制御回路は、ＥＣＵ１２の内部に設けられ、電源であるバッテリ１００から電源リレー１０２を経由して電源接続部ＰＩＧ、ＰＧＮＤに接続されている。

モータ駆動回路１０１は、スイッチング素子として、６個のＭＯＳ−ＦＥＴ（Ｕ１，Ｕ２，Ｖ１，Ｖ２，Ｗ１，Ｗ２）を含んでいる。図２に示すように、ＭＯＳ−ＦＥＴ・Ｕ１とＭＯＳ−ＦＥＴ・Ｕ２は直列に接続され、ＭＯＳ−ＦＥＴ・Ｖ１とＭＯＳ−ＦＥＴ・Ｖ２は直列に接続され、ＭＯＳ−ＦＥＴ・Ｗ１とＭＯＳ−ＦＥＴ・Ｗ２は直列に接続される。このように６個のＭＯＳ−ＦＥＴを２個ずつ直列に接続して形成された３つの回路（アーム）を並列接続してなる公知のインバータであり、２本の電源線Ｌ１，Ｌ２の間に並列に設けられる。ＭＯＳ−ＦＥＴ・Ｕ１とＭＯＳ−ＦＥＴ・Ｕ２の接続点は、モータ１８のＵ相コイルの一端に接続される。ＭＯＳ−ＦＥＴ・Ｖ１とＭＯＳ−ＦＥＴ・Ｖ２の接続点は、モータ１８のＶ相コイルの一端に接続される。ＭＯＳ−ＦＥＴ・Ｗ１とＭＯＳ−ＦＥＴ・Ｗ２の接続点は、モータ１８のＷ相コイルの一端に直接接続される。モータ１８の３相のコイルの他端は、共通の接続点に接続される。また、モータ１８は、３相のコイルを有する３相ブラシレスモータである。

３個のコンデンサ１０８は、２本の電源線Ｌ１，Ｌ２の間に設けられる。各コンデンサ１０８は、バッテリ１００から電荷を蓄積し、バッテリ１００からモータ駆動回路１０１に流れる電流が不足するときには蓄積した電荷を放電する。このように、コンデンサ１０８は、電流リップル吸収用のコンデンサとして機能する。コンデンサ１０８は、各相駆動回路の近傍に分割して配置されている。

電源接続部ＰＩＧとＭＯＳ−ＦＥＴ・Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１間および各相の電流検出用のシャント抵抗Ｒｕ、Ｒｖ、Ｒｗと電源接続部ＰＧＮＤ間の配線は、それぞれバスバー１・１０５およびバスバー２・１０６にて接続されている。

図３は、本発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置のモータおよびＥＣＵの側面図である。図３に示すように電動パワーステアリング装置１は、モータ１８およびＥＣＵ１２を備える。

次に、図４は、本実施形態に係るＥＣＵ１２の構造を示すモータ側から見た平面図である。ＥＣＵ１２は、モータ１８の軸方向に、モータ１８と図示しない電動パワーステアリング装置の減速機構１９（図１参照）との間に配置されている。

ＥＣＵハウジングケースには、ＥＣＵ１２の一部を構成する３つのパワー基板１０４および制御基板１０３が収容され保持されている。パワー基板１０３には、モータ１８を駆動するためのパワー回路の少なくとも一部（例えばＭＯＳ−ＦＥＴなどのスイッチング素子）が実装されている。Ｕ、Ｖ、Ｗの各相を形成するそれぞれのパワー基板１０４がモータ１８のシャフトを軸中心とする同心円上に配置されている。また、モータ１８の各相コイルと接続されたバスバーの端子を介して、パワー基板１０４に接続されている。さらに、３個のコンデンサ１０８は、パワー基板１０４の近傍にモータ１８の回転軸（以下、シャフトという）を中心とする同心円上に配置されている。

上記のパワー基板１０４には、モータ１８を駆動するためのパワー回路が実装されている。パワー基板１０４に実装されるパワー回路には、発熱要素としての２つのＭＯＳ−ＦＥＴと1つのシャント抵抗が含まれている。パワー基板１０４は、片面に回路が実装された多層基板からなり、その多層基板は、ヒートシンクとしての厚肉部に対して面接触する例えばアルミニウム板からなる高熱伝導板（図示せず）を含んでいる。

また、図４に示す制御基板１０３は、モータ形状と同様の円形形状をなしてモータ１８のシャフトの周囲に配置されている。制御基板１０３には、モータ１８のシャフトを挿通させるための挿通孔１０７が貫通形成されている。

上記の制御基板１０３には、パワー回路を制御する制御回路が実装されている。その制御回路には、パワー回路の各ＭＯＳ−ＦＥＴ・Ｕ１、Ｕ２、Ｖ１、Ｖ２、Ｗ１、Ｗ２（図２参照）を制御するドライバ（図示せず）と、このドライバを制御するＣＰＵ（図示せず）とが含まれている。また、ＥＣＵ１２は、モータ１８に流れる電流のリップルを除去するための複数のコンデンサ１０８や、必要に応じてモータ１８に流れる電流を遮断するための図示しないリレー、その他の非発熱要素を有している。非発熱要素としてのコンデンサ１０８およびリレー等は、図示しない環状の合成樹脂製のホルダによって支持されたサブアセンブリを構成しており、ＥＣＵハウジングケースに対して一括して取り付け作業が行えるようになっている。

バスバー１・１０５は、電源接続部ＰＩＧと各パワー基板１０４のＭＯＳ−ＦＥＴ・Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１（図２参照）との間を接続し電源パターンとして機能する配線部材である。バスバー２・１０６は、電源接続部ＰＧＮＤと各パワー基板１０４のシャント抵抗Ｒｕ、Ｒｖ、Ｒｗ（図２参照）との間を接続しグランドパターンとして機能する配線部材である。バスバー１・１０５およびバスバー２・１０６は、それぞれ円形形状をなしてモータ１８のシャフトの周囲に配置されている。ここで、電源接続部ＰＩＧ、ＰＧＮＤの端子は、中心位置ではなくモータ１８のシャフトを避けて配置されているため、各相の電源接続部ＰＩＧ、ＰＧＮＤとパワー基板１０４間の配線長が異なる。このため、各相の配線抵抗が等しくなるようにバスバー１・１０５およびバスバー２・１０６により配線長および配線経路の整合がとられている。すなわち、図４に破線で示すバスバー１・１０５の配線経路により、各相の電源接続部とＭＯＳ−ＦＥＴ間（ＰＩＧ−Ｕ１、ＰＩＧ−Ｖ１、ＰＩＧ−Ｗ１間）の抵抗差を少なくできる。バスバー２・１０６の電源接続部ＰＧＮＤとシャント抵抗間の配線においても同様である。

また、バスバー１・１０５およびバスバー２・１０６には、モータ１８のシャフトを挿通させるための挿通孔１０７が制御基板１０３と同様に貫通形成されている。リード線であるこれらのバスバー１・１０５およびバスバー２・１０６は、モータ１８のコイルのＵ、Ｖ、Ｗの各相のコイル部に駆動電流を通電するための突出した３本のバスバー（図示せず）と、ＭＯＳ−ＦＥＴ・Ｕ１、Ｕ２、Ｖ１、Ｖ２、Ｗ１、Ｗ２と、コンデンサ１０８等の電気的に接続された部品とともに前述の樹脂等のホルダによってＥＣＵハウジングケースに固定されている。

図４に示すように、制御基板１０３上に各相のパワー基板１０４、コンデンサ１０８と、バスバー１・１０５およびバスバー２・１０６が実装されている。さらに、ＥＣＵハウジングケース内において、モータ１８と制御基板１０３との間に形成される収容空間は、モータ１８の軸方向に関して、十分な高さを有している。この収容空間には、図４に示すコンデンサ１０８や必要に応じてリレー等の背の高い部品が収容されており、ＥＣＵハウジングケースの空間の有効利用が図られている。

以上に示すように、本実施形態に係る電動パワーステアリング装置１では、ＥＣＵ１２においてパワー基板１０４とコンデンサ１０８をモータ１８のシャフトに対して同心円上に配置し、さらに、電源接続部ＰＩＧ、ＰＧＮＤとパワー基板１０４間を円形形状のバスバー１・１０５およびバスバー２・１０６で接続することにより、各相の配線長が異なることにより生じる配線抵抗の差を解消することができる。

次に、上記のように構成された本実施形態の電動パワーステアリング装置１の作用および効果について説明する。
上述のように、本実施形態によれば、ＥＣＵ１２をモータ１８の形状に合わせ円形とし、中心軸に対し回路部品を放射状に配置することで各相間の抵抗ばらつきを抑える。ただし、ＥＣＵ１２の中央をモータ１８のシャフトが貫通するため、各相への電源供給線の配線長が異なる。これに対し、電源接続部ＰＩＧ、ＰＧＮＤと各相回路部品を円形状のバスバー１・１５およびバスバー２・１６で接続し、バッテリ１００から電源を供給するようにして、電源接続部ＰＩＧ、ＰＧＮＤから各相駆動回路への配線抵抗が等しくなるよう配線長および配線経路を合わせることができる。その結果、とくに電流が大きいときの電流検出誤差を低減し、検出精度の向上ができるとともに、モータ１８のトルクリップルおよびＥＣＵ１２によるラジオノイズを低減できる。また、コンデンサ１０８は各相パワー基板１０４の近傍に分割して配置することにより各相等しくリップルを吸収できる。
また、車両によりＥＣＵ１２の搭載位置の変更が生じた場合に、ＥＣＵ１２内部の部品配置を変えることなく回路ユニットをモータ１８のシャフト中心に回転させることにより容易に配線の取り出し位置等の変更が可能となる。

なお、本実施形態は以下のように変更してもよい。
本発明は、モータのシャフトがＥＣＵの基板を貫通しない場合であれば、電源接続部をＥＣＵの中央に配置することで円形でない他の形状のバスバーであっても適用が可能である。
本発明は、電動パワーステアリング装置に用いた例を説明したが、上述した実施形態に限定されるものではなく、種々適用が可能である。
また、本発明は、上述したコラムアシスト型の電動パワーステアリング装置だけでなく、ピニオンアシスト型やラックアシスト型の電動パワーステアリング装置に適用することもできる。

１：電動パワーステアリング装置、２：ステアリングホイール、３：転舵輪、
４：転舵機構、５：操舵補助機構、６：ステアリングシャフト、１１：トルクセンサ、
１２：ＥＣＵ、１３：ピニオン軸、１４：ラック軸、１８：モータ、１９：減速機構、
２３：車速センサ、１００：バッテリ、１０１：モータ駆動回路、１０２：電源リレー、
１０３：制御基板、１０４：パワー基板、１０５：バスバー１、１０６：バスバー２、
１０７：挿通孔、１０８：コンデンサ、
Ｌ１，Ｌ２：電源線、ＰＩＧ，ＰＧＮＤ：電源接続部、
Ｕ１，Ｕ２，Ｖ１，Ｖ２，Ｗ１，Ｗ２：ＭＯＳ−ＦＥＴ、
Ｒｕ，Ｒｖ，Ｒｗ：シャント抵抗

Claims

車両のステアリング機構に操舵補助力を与えるモータと、
前記モータに駆動電力を出力するモータ駆動手段と、
前記モータ駆動手段に電源電圧を供給するバッテリと、を備え、
前記モータ駆動手段は、前記モータの軸方向に関して、前記モータの回転軸が挿通するように前記モータと一体に形成されるとともに、
入力側に複数個配置されたコンデンサと、
前記モータを駆動制御する駆動回路と、
前記コンデンサと前記駆動回路を接続する電源供給線と、を備えた電動パワーステアリング装置において、
前記駆動回路および前記駆動回路の近傍に配置された前記コンデンサは、挿通する前記モータの回転軸に対して同心円上に前記モータの相毎に分割して配置されるとともに、
前記駆動回路の各相の配線抵抗が等しくなるように、前記電源供給線を配設したことを特徴とする電動パワーステアリング装置。